본 논문에서는 간병인의 도움없이 자가 보행 재활에 효과적으로 사용될 수 있는 새로운 개념의 가슴 착용형 로봇을 개발하였다. 개발된 로봇의 특징은 크게 세 가지로 나뉜다. 첫째, 구조적 특징으로써, 하박에 착용하는 기존 지팡이 타입의 엘보 크러치와 달리 개발된 로봇은 가슴에 착용되어 착용자의 두 팔을 자유롭게 하는 동시에 팔의 부담을 제거하여 준다. 둘째는 구동 알고리즘의 특징으로써, 가슴부에 부착된 압력센서로부터 사용자의 보행의도를 자동적으로 인식하여 로봇의 다리를 이동시킨다. 또한 착용자의 안전을 위해 초음파 센서를 이용하여 착용자 전방에 장애물이 나타날 시 보행을 멈추고 경고음을 발생시킨다. 마지막으로, 스카치요크 메커니즘을 사용하여 지지다리의 상승과 하강 시 지면 반발력으로 인하여지지 발 상/하강 모터에 과도한 토크가 부과되지 않도록 하였다. 이러한 세 가지 특징으로부터 개발된 로봇이 자가 보행 재활에 효과적으로 사용될 수 있음을 실험적으로 보였으며, EMG (Electromyography) 센서를 이용하여 근력 보조 성능을 정량적으로 검증하였다.
본 연구의 목적은 착지 시 키 높이 깔창 높이에 따라 젊은 남성의 최대지면반발력시 하지관절각도와 근 활성도에 미치는 영향을 분석하는데 있다. 20대 남성을 대상으로 총 3주에 걸쳐 한 주당 0, 3, 5cm 의 폴리우레탄 소재의 깔창 중 무작위로 하나를 착용하여 40cm 높이의 플랫폼 위에서 Force plate로 착지 동작을 시행하였다. 착지 동작 중 최대 지면반발력 시 하지의 관절 각도와 넙다리곧은근, 넙다리두갈래근, 앞정강근, 장딴지근의 근활성도를 측정하였다. 깔창의 높이에 따른 하지관절 각도와 근활성도의 변화를 비교하기 위해 반복요인이 있는 분산분석(one-way ANOVA)을 실시하였다. 하지관절각도 분석 결과 깔창의 높이가 높아질수록 좌측 발목관절 각도에 영향을 주었으며, 근활성도 분석 결과 깔창의 높이가 높아질수록 우측 앞정강근과 양쪽 넙다리 두갈래근에 영향을 주었다. 하지 근육의 충분한 근력증가를 통하여 착지시 신체를 보호할 수 있을 것이라고 생각되며 깔창의 종류에 따라 영향을 미치는 근육과 하지관절의 각도도 다를 수 있으므로 그에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
This paper proposes and demonstrates novel flexible contact force sensing devices for 3-dimensional force measurement. To realize the sensor, polyimide and polydimethylsiloxane are used as a substrate, which makes it flexible. Thin-film metal strain gauges, which are incorporated into the polymer, are used for measuring the three-dimensional contact forces. The force sensor characteristics are evaluated against normal and shear load. The fabricated force sensor can measure normal loads up to 4N. The sensor output signals are saturated against load over 4N. Shear loads can be detected by different voltage drops in strain gauges. The device has no fragile structures; therefore, it can be used as a ground reaction force sensor for balance control in humanoid robots. Four force sensors are assembled and placed in the four corners of the robot's sole. By increasing bump dimensions, the force sensor can measure load up to 20N. When loads are exerted on the sole, the ground reaction force can be measured by these four sensors. The measured forces can be used in the balance control of biped locomotion system.
본 연구의 목적은 신체 전신 운동인 맵시 운동 프로그램을 중년여성들에게 8주간 적용하여 보행 시 수직 지면반력 크기, 발생시간, 압력 중심 요인들에 미치는 영향을 분석하는데 있었다. 본 연구의 피험자로 운동군 13명(연령, 41±4.4 세; 신장, 162.5±5.8 cm; 체중, 57.8±6.7 kg; 신체질량지수, 21.9±2.4 kg/m2), 대조군 12명(연령, 41.1±5.6 세; 신장, 160.9±5.5 cm; 체중, 576.2±8.1 kg; 신체질량 지수, 21.7±2.9 kg/m2) 총 25명이 참여하였다. 운동군은 7영역 23종 77동작의 맵시운동 프로그램을 8주간 주 3회 실시하였다. 보행 시 지면반력 요인들의 검증을 위하여 Two-way repeated measures ANOVA를 실시하였으며, 사후검증은 bonferroni adjustment로 분석하였다(a=.05). 맵시 운동 프로그램의 운동군은 보행 시 FMWA와 FPO 시점까지의 소요 시간, FMWA와 FPO에서 발생한 수직 지면반발력 그리고 AP 방향 COP의 RMS 요인들에서 대조군에 비해 상대적으로 큰 수치를 나타내었다. 그러므로 8주간의 맵시운동 프로그램은 보행을 수행하는 중년여성들의 가속과 감속 운동 기능을 향상시킨 것으로 나타났다.
The purpose of this study was to assess the influence of spine orthosis and sit-to-stand motor strategies on ground reaction force (GRF) and lower extremity muscle activity. Twenty healthy adult men participated, and subjects randomly performed sit-to-stand motions in three different conditions: Momentum-transfer strategy (MTS); MTS with spine orthosis; and zero-momentum strategy (ZMS) with spine orthosis. GRF data, onset time, and muscle activity were determined and compared using force plate and electromyography. Data were statistically analyzed by the SPSS version 13.0. One-way repeated analysis of variance (ANOVA) was used to determine the statistical significance, and least significant difference was used as a post hoc test. The level of significance was .05. The results of this study were as follows: 1. Peak GRF and relative time to peak GRF were not significantly different in the three different conditions (p>.05). 2. Onset time of four muscles, tibialis anterior, gastrocnemius, biceps femoris and rectus femoris, in the three different conditions were significantly different (p<.05). 3. The tibialis anterior and rectus femoris muscle activity before hip-off and tibialis anterior, gastrocnemius, and rectus fermoris muscle activity after hip-off were significantly different in the three different conditions (p<.05).
The purpose of this study was to investigate changes in the center of pressure (COP), ground reaction force (GRF) and joint angles of elderly people and young people while stair-descent. The participants in this experiment were 5 elderly people and 5 young people, each of which was asked to descend stairs of three different heights (8 cm, 16 cm, and 32 cm). As they climbed down the stairs, they received vibration stimulation on the lower limb. The change of COP, GRF and joint angles were analyzed during the standing phase. COP decreased as the Achilles tendon and tibialis anterior tendon were vibrated. Vertical GRF increased as the Achilles tendon was vibrated, and the joint angle differed according to vibration stimulation conditions. These results mean that ankle joint, knee joint and hip joint were influenced by the vibrations on the lower limb as the participants descended the stairs. It was concluded that the vibration stimulation on the lower limb allowed the participants to efficiently climb down the stairs.
스쿼트와 런지운동은 다양한 프리웨이트운동 중 몸통과 하체강화를 위한 중요한 운동으로 운동자세에 대한 이론적 근거 및 운동기준 동작의 확립을 통해 안전하고 효과적인 운동이 이루어져야 한다. 따라서 옵티멀 운동동작을 통한 부상 예방과 오류 동작에 대한 과학적 대응방안을 마련하기 위해 운동모형의 개발이 필요한 현실이며 이러한 목적으로 오류동작에 따른 자세교정을 위해 다양한 보조기구를 활용하는 방법이 효과적이다. 본 논문에서는 프리웨이트운동의 동적분석을 위해 지면반발력에 대응한 로드셀을 이용한 4포인트 하중검출을 통해 동적동작에 기반한 운동모형 분석시스템을 개발하고자 한다. 프리웨이트운동의 모형개발을 위해 동적 움직임을 단순화하여 구분동작에 따른 운동 모델링을 확립하고 동적인 동작분석을 통해 오류동작을 분석하고 보정하기 위한 수치정량화 데이터를 확보하였고 이를 활용할 수 있는 분석방법에 대한 타당성을 검증하였다.
PURPOSE: A good, valid, and feasible tool for evaluating sit to stand (STS) is needed to help clinicians quantify the STS ability of stroke patients and people with balance disorders. The purpose of this study was to evaluate the concurrent validity of the Nintendo Wii Balance Board (WBB) and a force plate during STS and gait. METHODS: Seventeen healthy adults performed five trials of STS and gait on the WBB placed on the force plate. The force plate and the WBB were compared in regard to center of pressure (COP) and ground reaction force (GRF) data that were collected simultaneously. The variables used for analysis were time (s), integral summation (%), COP path length (mm), COP x range, and COP y range, all of which were measured for both tasks. Counter (%), peak (%), and rebound (%) were analyzed for STS, and $1^{st}$ peak (%), min peak (%), and 2nd peak (%) were analyzed for gait. The concurrent validity was analyzed using an intraclass correlation coefficient (ICC) and a standard error of measurement (SEM) with a 95% confidence interval. RESULTS: The concurrent validity of the WBB for STS ranged from fair to good (ICC=.701~.994, SEM=.029~3.815). The concurrent validity for gait was good (ICC=.869 ~.989, SEM=.007~2.052) aside from path length and x and y ranges of COP (ICC=-.150~.371, SEM=3.635~4.142). CONCLUSION: The GRF of the WBB has a good validity for STS and gait analysis. The WBB is remarkably portable, easy to use, and convenient for clinically assessing STS and gait.
Objective : The purpose of this study was to investigate the effect of genu valgum on the body mass index, movement of lower limb joints, and ground reaction force. Methods : Gait patterns of 30 college students with genu valgum were analyzed and the static Q angle of the femur was measured for selecting genu valgum of the subjects. To analyze the kinetic changes during walking, the six-camera Vicon MX motion analysis system was used. The subjects were asked to walk 12 meters using the more comfortable walking method for walking. After they walked 12 meters more than 10 times, their most natural walking patterns were chosen three times and analyzed. Results : As a result of measuring a relationship between genu valgum and Q-angle, as the Q-angle increases, it showed a genu valgum also increased. Body Mass Index showed a significant difference between the groups was higher in the genu valgum group.(p<.001). The analysis result showed that genu valgum had a significant effect on the internal rotation moment in the hip joint(p<.05). Also, genu valgum had a significant effect on the internal rotation moment of the knee joint(p<.05). The comparative analysis of the Medial-Lateral ground reaction force in the genu valgum group showed a tendency to increase the medial ground reaction force(p<.05). The vertical ground reaction forces of the middle of the stance phase(Fz0) showed a significant increase in genu valgum group(p<.05), in particular the results showed a decrease in the early stance phase(p<.001). Conclusion : In conclusion, the change in body mass is considered to be made by proactive regular exercise for improvement of the genu valgum. In addition, the prevention of the deformation caused by secondary of the genu valgum in this study may be used as an indicator of the position alignment rehabilitation for structural and functional improvements. Applying a therapeutic exercise program for the next lap will require changes in posture alignment.
The purpose of this study was to assess the influence of two shoe size conditions on foot pressure, ground reaction force (GRF), and lower extremity muscle fatigue. Seven healthy men participated. They randomly performed walking and running in two different conditions: proper shoe size and 10 mm greater than proper shoe size. Peak foot pressure, and vertical, anterior and mediolateral force components were recorded with the Parotec system and Kisler force platform. To assess fatigue, the participants performed treadmill running for twenty-five minutes twice, each time wearing a different shoe size. Surface electromyography was used to confirm localized muscle fatigue using power spectral analysis of four muscles (tibialis anterior, gastrocnemius medialis, rectus femoris, and biceps femoris). The results were as follows: 1) In walking conditions, there was a significantly higher peak pressure in the 10 mm greater than proper shoe size insole sensor 1, 2, 14, and 18 (p<.05). 2) In running conditions, there was a significantly higher peak pressure in the 10 mm greater than proper shoe size insole sensor 5, 14, and 15 (p<.05). 3) In walking conditions, there was a significantly higher first maximal vertical GRF in the 10 mm greater than proper shoe size (p<.05). 4) In running conditions, no GRF components were significantly different between each shoe size condition (p>.05). 5) Muscle fatigue indexes of the tibialis anterior and rectus femoris were significantly increased in the 10 mm greater than proper shoe size condition. These results indicate that wearing shoes that are too large could further exacerbate the problems of increased foot pressure, vertical GRF, and muscle fatigue.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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